振动与冲击

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杨建近，朱胜阳，翟婉明

振动与冲击. 2019, 38(11): 1-8.

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基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了考虑浮置板剪力铰连接作用下的列车-钢弹簧浮置板轨道空间耦合动力学模型。将浮置板视为弹性薄板，同时考虑剪力铰对浮置板的横向与垂向约束作用，分析了直线和曲线线路条件下剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响，结果表明：浮置板剪力铰能明显改善轮轨动力相互作用，缓解列车通过浮置板接缝时轮轨横向力和垂向力产生的冲击；浮置板剪力铰对减小地铁列车的振动也有一定的改善作用，其对轮对振动的影响最大，对构架振动的影响次之，对车体振动的影响最小；地铁列车通过直线线路时，浮置板剪力铰对板端扣件受力的改善作用明显；地铁列车通过曲线线路时，剪力铰对浮置板的横向位移、水平面内转动角和钢弹簧横向力的改善作用比较明显，对扣件横向力影响较小。

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自适应TQWT滤波器算法及其在冲击特征提取中的应用

孔运，王天杨，褚福磊

振动与冲击. 2019, 38(11): 9-16.

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微弱故障的冲击特征提取，对于旋转机械设备平稳工况下的状态监测与诊断至关重要。针对强背景噪声下机械故障微弱冲击特征有效提取的难题，提出基于自适应可调品质因子小波变换（Tunable Q-factor Wavelet Transform, TQWT）滤波器的冲击特征提取算法。TQWT作为新兴的频域显式小波构造理论，具有匹配特定振荡行为信号成分、可利用FFT算法快速实现的优点。所提自适应TQWT滤波器算法，主要涉及TQWT参数（品质因子Q、冗余度r以及分解层数J）的优化选择以及最优特征子带的自适应选择，不依赖于先验知识。算法根据所提出的中心频率比指标以及能量加权归一化小波熵，分别对分解层数以及品质因子和冗余度进行优化选择，构造出适合揭示冲击信号成分振荡行为的优化可调品质因子小波基函数，进而利用冲击特征指标引导含冲击特征信息的最优特征子带选择，最后利用TQWT逆变换实现信号的重构与降噪，提取周期性微弱冲击特征。仿真试验与实测轴承信号的分析结果表明，算法能够自适应选择TQWT参数并实现微弱冲击特征的有效提取。

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部分高强筋预制混凝土框架节点抗震性能研究

于建兵1,2,3,周莉萍1，3,郭正兴2,马洪伟1

振动与冲击. 2019, 38(11): 17-23.

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为了研究新型部分高强筋预制框架节点的抗震性能，对4个后浇整体式预制梁柱节点及1个现浇对比节点进行低周反复荷载试验研究，探讨节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性系数、耗能能力及刚度退化。试验结果表明，节点核心区设置附加钢筋，能够有效的提高节点的承载能力及变形能力，同时能够实现梁端的塑性铰外移及提高节点的耗能能力。通过与现浇节点对比发现，预制节点的耗能能力在加载前期都弱于现浇节点，但是随着荷载的进一步施加，预制节点表现出了强于现浇节点的耗能能力。所有预制节点的刚度在弹性阶段都小于现浇节点，但当节点进入屈服阶段后，预制节点的刚度都大于现浇节点。通过以上试验结果分析可知，部分高强筋预制框架节点具有较大的安全储备，能够在具有抗震设防的地区规模推广应用。

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车型及编组对地铁运营诱发环境振动的影响研究

马龙祥1,2，赵瑞桐1,2，甘雨航1，武鑫1, 张超翔1

振动与冲击. 2019, 38(11): 24-30.

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为了探明车型及编组对地铁环境振动的影响及水平，应用薄片有限元-无限元耦合模型及周期性车轨动力耦合模型对常用地铁车型及编组组合方式下列车运营诱发的环境振动进行综合分析及比较。分析结果表明：①不同车型及编组地铁列车诱发环境振动的时程、频谱、三分之一倍频程谱及地表Z振级衰减曲线具有类似的趋势，但相应量值有所差别；②地铁车型及编组对5Hz以下的低频环境振动有较大影响；③当保持其他因素不变，将6节编组列车扩展为8节编组列车，或将动拖车组合编组改变为全动车编组，抑或选用A型车（相较于选用B型车）为运营车辆，都会造成地表Z振级产生多达约1.5dB的增加；④车型及编组的不同组合对地表Z振级的影响最大可达3.2dB。

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水下爆炸冲击波作用下屏蔽装药的冲击引爆理论和仿真研究

李元龙1 王金相1 身向军2 周楠3 黄瑞源1 荣光1

振动与冲击. 2019, 38(11): 31-36.

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针对水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击引爆问题展开研究。从理论上建立了水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击压力计算方法，结合炸药起爆判据，可确定炸药冲击引爆的临界条件。采用AUTODYN仿真软件，对水下爆炸冲击波冲击引爆屏蔽装药的过程进行了数值模拟。分析了主发药量和屏蔽板厚度对炸药临界起爆的影响；采用最小二乘法得到了临界理论起爆判据的参数n、K，与文献中的起爆判据进行对比，在一定范围内符合较好。结果表明：理论计算与数值模拟误差不超过6.75%，说明所建立的理论计算方法是有效的；相同条件下，随着主发药量的增加和屏蔽挡板厚度的减小，水下爆炸冲击波对屏蔽装药的临界起爆距离随之降低。

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冲击载荷作用下导弹战斗部装药起爆特性研究

蔡宣明1，张伟2，高玉波1，范志强1

振动与冲击. 2019, 38(11): 37-41.

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针对远程导弹在攻击地下目标过程当中时常发生对战斗部PBX炸药装药起爆毁伤效应估计不足情况，进而对导弹战斗部PBX炸药装药在高过载冲击载荷作用下的起爆响应特性进行研究。基于二级轻气炮，对导弹战斗部PBX炸药装药跨声速冲击载荷起爆特性进行一系列实验研究，结合实验结果、数值模拟、以及相关理论分析，探索能量释放行为与冲击载荷之间的相互关联，并建立相互影响机制模型。结果表明，PBX炸药装药的临界起爆压力为5.34GPa，完全起爆压力为12.39GPa；建立的能量释放量和相对反应率与冲击载荷之间的相互关系与实验数据基本吻合，研究结果可为国防防御技术研究提供一定的参考价值。

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细长弹性飞行器飞行动力学并行计算及优化研究

胡斌星1,李新国1,常武权2

振动与冲击. 2019, 38(11): 42-47.

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现代飞行器尤如导弹或火箭等飞行器其长细比大、低阶频率低，弹性变形和振动对弹道仿真导航、制导、推力模块的影响不容忽略。就细长体弹性飞行器全弹道仿真中弹性模块出现的计算速度慢、无法实现实时仿真等问题，通过分析不同计算规模下各计算步骤的占时比例，在单机多GPU环境下创新性的采用动态并行构建八叉树的方式表征气动参数表，并通过自适应硬件资源、合理利用共享内存以实现气动数据索引的性能优化；同时设计了CPU端任务队列的异步计算架构，以此实现了CPU-GPU不同粒度的并行任务计算。数值结果表明在单GPU条件下可得到20倍左右的加速比，双GPU并行计算可得到至少30倍的加速比，并以5ms为时限取得了40阶截断阶数、1200站点的弹性飞行器实时仿真。

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多人Bounce荷载下结构动力响应折减系数研究

陈隽1, 2，任静雅 1，王磊1

振动与冲击. 2019, 38(11): 48-53.

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体育比赛、演唱会中观众原地身体上下往复式的欢庆动作会引起Bounce荷载，是典型的有节奏人致动力荷载。本研究将考虑和不考虑人群协同性所计算出的结构响应的比值，定义为Bounce荷载下的结构动力响应折减系数，利用小组人群同步Bounce荷载的实测数据，研究了折减系数随人数、结构频率和阻尼比的变化规律，并提出了对应的设计曲线及表达式。应用于实际结构响应计算时，首先由反应谱法计算单人Bounce荷载下结构的动力响应，将其乘以总体重并考虑振型值影响后，再乘以对应的折减系数，即可实现考虑协同性的人群Bounce荷载下结构动力响应的快速计算，算例分析表明了上述步骤及所建议的折减系数的合理性。

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隔震体系对摇摆自复位高墩工作性能的影响

张育智

振动与冲击. 2019, 38(11): 54-58.

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为提高摇摆自复位高墩的隔震性能，将铅芯橡胶支座及液体粘滞阻尼器与摇摆自复位高墩进行组合形成了2种不同的隔震体系。以2种不同强度下的3条地震动作为输入，采用OpenSEES利用动力时程分析方法对各隔震体系的地震动响应进行了分析。通过对墩身最大剪力、墩身最大弯矩、墩顶最大位移和主梁最大位移的隔震指标及最大墩梁相对位移绝对值的对比发现：墩梁固结条件下在桥台与主梁间设置液体粘滞阻尼器的体系2和墩、梁间设置铅芯橡胶支座且在桥台与主梁间设置液体粘滞阻尼器的体系3分别适合作为软土场地和硬土场地上修建的摇摆自复位高墩的隔震体系。

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最优参数MCKD与ELMD在轴承复合故障诊断中的应用研究

杨斌1,张家玮1,樊改荣2，王建国1

振动与冲击. 2019, 38(11): 59-67.

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机械设备中滚动轴承复合故障的情况普遍存在。针对多种故障难分离和提取的问题，提出了基于最优参数最大相关峭度解卷积(Optimal parameter maxim correlated kurtosis deconvolution，OPMCKD)与总体局部均值分解方法(Ensemble Local Mean decomposition ELMD)相结合的轴承复合故障诊断方法。首先利用排列熵值、包络谱稀疏度分别筛选MCKD中的最优滤波器长度L与冲击周期T，提取滚动轴承主故障；然后通过ELMD方法将非平稳信号分解为若干个分量，筛去主故障信息后，再次利用最优参数MCKD进行次故障诊断。通过对轴承信号的分析，验证了该方法能有效分离复合故障信号，具有一定的实用性。

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水力冲击混凝土裂纹扩展机理及CT尺度损伤研究

刘佳亮 1,2,3，张娣 1，王梦瑾 1

振动与冲击. 2019, 38(11): 68-74.

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借助CT扫描技术对水力作用下混凝土的细观破裂状态进行全方位检测，结合液固碰撞理论，阐释了水力冲击下混凝土内部“V”状锥形破碎核、表面裂纹、环向裂纹等致裂态形成的力学过程，探讨了混凝土“启裂-扩展-溃裂”不同破坏阶段的致裂机理，揭示了5种典型水力致裂裂纹的扩展特征和力学机制。通过对CT扫描图像进行直方图均衡化、阈值分割处理，利用提出的基于图像灰度值的损伤表征方法，进一步研究了水力冲击混凝土内部CT尺度损伤分布特征，定量地指出水力强冲击作用会在混凝土未破碎区的骨料与砂浆基体过渡区形成明显的损伤，并且距离致裂裂纹越近，损伤劣化程度越严重。

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用于含阻尼薄板结构减振的分布式动力吸振器的优化方法研究

朱学治1，刘潇翔2，焦映厚1，陈照波1

振动与冲击. 2019, 38(11): 75-79.

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动力吸振器用于结构减振时，其参数需要经过优化调谐才能获得最优的减振效果。目前，针对用于连续体结构减振的分布式（或多个）动力吸振器还没有很便捷的优化方法。本文研究了用于抑制含阻尼薄板结构基础模态振动的分布式动力吸振器的参数优化方法。利用模态叠加法建立了薄板与分布式动力吸振器的动力学方程，根据动力吸振器的振动特性推导得到了薄板基础模态与吸振器的简化二自由度运动方程，结合含阻尼的线性系统中动力吸振器最优调谐参数的求解方法，最终得到了分布式动力吸振器的解析优化公式。通过数值计算验证了优化公式的有效性。数值计算分析还表明优化公式对分布式动力吸振器抑制薄板结构的低频综合振动有很好的优化效果。

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高速铁路水泥改良黄土路基长期动力稳定性评价

张沛云，马学宁，李善珍，王旭

振动与冲击. 2019, 38(11): 80-87.

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通过应力控制式动三轴试验对水泥改良黄土的疲劳特性进行了研究，探讨了水泥掺量、围压及固结比对其的影响，并基于临界动应力法以及动剪应变法对水泥改良黄土路基的长期动力稳定性进行了评价。研究结果表明：水泥改良黄土动弹性模量Ed随动应力σd的增加呈现出先增大后减小的趋势，提出了通过Ed-σd曲线确定疲劳动剪应变门槛的方法；εp-lgN曲线按走势可分为稳定型、临界型以及破坏型；疲劳动剪应变门槛及临界动应力随着水泥掺量、围压及固结比的增大逐渐增大，且水泥掺量对其影响最大，围压的影响次之，固结比最小，经回归分析，得到两个简单实用的经验估算公式；评价结果表明以水泥改良黄土作为基床底层填料时，路基长期动力稳定性满足要求，综合考虑建议水泥掺量控制在5%左右；动剪应变法是一种比临界动应力法更优的评价方法；

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基于线调频小波路径追踪和逐步解调滤波的滚动轴承故障诊断

刘东东，程卫东，温伟刚

振动与冲击. 2019, 38(11): 88-94.

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在变转速工况下诊断滚动轴承故障时，广义解调算法中相位函数的确定依赖转速计等辅助设备。针对这一问题，提出了基于线调频小波路径追踪(Chirplet path pursuit, CPP)和逐步解调滤波的滚动轴承故障诊断方法。瞬时故障特征频率(Instantaneous fault characteristic frequency, IFCF)在包络信号中具有幅值优势，利用这一特点，使用CPP算法从降采样的包络信号中提取IFCF趋势线，构造IFCF的相位函数。针对转频在信号中难以提取这一问题，采用重复估计转频的方式，计算潜在转频的相位函数。根据IFCF和转频的相位函数，构造逐步解调滤波算法，既可以恢复时变频率的周期性，又能降低噪声干扰，避免幅值较小的转频被噪声淹没。根据IFCF和转频在解调频谱的比值，判断故障位置。仿真和实验信号的处理结果证明了算法的有效性。

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一种适用计算声学问题的网格间断人工粘性分布策略

王鑫，余培汛，杨海，潘凯

振动与冲击. 2019, 38(11): 95-100.

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在计算声学数值模拟过程中，当空间离散采用高阶有限差分格式时，在网格间断处易出现短波发散问题，易污染整个计算域的数值解。针对该问题，在对称模板DRP格式的基础上，探索了曲线坐标系下交界面、奇异点等间断处人工粘性添加策略。经过初始扰动绕圆柱传播算例的计算对比，分析表明：声波随着时间推移，向空间逐步散开。当声波到达圆柱时，声波会发生部分反射现象，形成二次声源向空间传播，整个计算过程中未出现计算发散现象。研究结果表明，文中提出的人工粘性分布策略能有效解决间断处短波发散问题，为复杂构型的声场模拟提供技术支撑。

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含概率不确定性的复合材料吸能结构优化设计方法研究

冯振宇，苏璇，马骢瑶，解江，牟浩蕾

振动与冲击. 2019, 38(11): 101-109.

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由于复合材料力学性能分散度较大、加工精度较低，复合材料薄壁吸能结构具有难以忽略的不确定性。为此，建立了考虑参数不确定性的复合材料薄壁吸能结构优化设计方法，旨在设计阶段识别参数的不确定性，并设计出具有最优吸能特性的薄壁吸能结构。首先，根据使用条件获取设计参数的范围，并利用中心组合实验设计确定设计参数的实验矩阵；然后，计算实验矩阵中每组设计参数吸能特性指标的平均值和标准差；接下来，分别确定不同复合材料薄壁结构设计参数组合与吸能特性指标的均值及标准差之间的响应面方程；最后，结合响应面方程和设计要求将其代入到优化后的数学表达式中，采用序列二次规划算法进行优化求解。本文以T700/3234复合材料薄壁圆管为研究对象，在规定特征尺寸范围内，分别对规定峰值载荷求比吸能最大，以及对规定峰值载荷求比吸能标准差最小问题，进行了优化求解，验证了所提方法的实用性。

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含非线性大变形构件的柔顺机构建模与分析

李鹏飞，曹博宇，汪振宇，赵晨，王立鹏

振动与冲击. 2019, 38(11): 110-115.

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柔顺机构的大范围运动引起柔性构件产生几何非线性大变形，使得机构的建模与分析变得困难。本文分别采用椭圆积分法和绝对节点坐标法（ANCF）建立柔顺机构的力学模型，获得了机构运动过程中柔性构件的变形和驱动力的变化规律。以一种固定—导向柔顺梁为例，仿真与实验结果验证了以上方法的有效性；以一种柔顺双稳态机构为例，仿真结果验证了ANCF法对复杂柔顺机构动力学特性分析的有效性；通过以上两种方法的建模与分析过程对比，ANCF法对柔顺机构建模与分析更具有适应性。

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基于全光纤激光干涉测速技术的拉氏反分析方法应用于脆性材料动态本构关系研究

丁圆圆张振赖华伟王永刚

振动与冲击. 2019, 38(11): 116-120.

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基于多探头全光纤激光干涉测速技术，在分离式Hopkinson压杆系统上，搭建了长杆试件拉氏反分析实验装置，用于研究脆性材料的动态本构关系。为了监测长杆试件轴向质点速度，提出了激光斜入射新方法，并检验了新方法的可行性和准确性。基于一维应力波传播理论，建立了欧拉质点速度与拉格朗日质点速度之间换算关系，对于脆性材料而言，其断裂应变很小，在拉氏反分析时可以忽略两者之间的差异。利用实测的多质点速度时程曲线，通过构建路径线连接整个速度场，再结合零初始条件，实现了拉氏反分析方法的数值求解，获得了脆性材料PMMA的动态应力-应变曲线，并与Hopkinson压杆实验和准静态压缩实验的结果进行了对比。

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基于动力测试的钢筋混凝土梁火灾损伤识别方法

刘才玮1,2,苗吉军1,2,高天予1,黄绪宏1,郭新雨1

振动与冲击. 2019, 38(11): 121-131.

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为获得混凝土梁的受火损伤程度，提出了基于小波神经网络技术以等效爆火时间为指标的损伤识别新方法。首先建立了简支梁的火灾损伤识别方法，并用数值模拟对其进行了验证；然后建立了的适用于混凝土连续梁火灾损伤识别的三步定位新方法，以三跨连续梁为例对其应用进行了详细说明，数值模拟结果表明该方法准确度较高；最后设计4根足尺寸钢筋混凝土简支梁L1~L4，分别对L1~L4进行60min、90min、120min、150min的火灾试验及灾后承载力试验，实测了火灾前、后及过程中的结构模态信息及灾后荷载-位移曲线，基于修正后的精细化模型，利用前2阶不完备模态信息构造小波神经网络输入参数，等效爆火时间作为输出参数进行损伤识别，实测值与识别预测值吻合较好，验证该方法的可靠性。

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粗糙接触面旋转铰间隙碰撞动力学建模与仿真

郭嘉楠，何鹏，刘占生，黄洪雁

振动与冲击. 2019, 38(11): 132-139.

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运动副间隙会导致机构关节间发生碰撞接触，粗糙的运动副接触面会对含有间隙的机械系统动态特性产生较大的影响。针对机构中常见的旋转铰结构特点，建立了一种兼顾能量损失和粗糙接触面动力学特性的碰撞模型，并考虑了接触面形貌的影响。分析了碰撞速度、恢复系数以及粗糙度等因素对接触碰撞力的影响规律，以曲柄滑块机构为研究对象进行动力学建模，仿真结果发现，随着碰撞速度和恢复系数的增大，碰撞力和碰撞变形逐渐增大，碰撞持续时间缩短；随着微凸体粗糙度的增大，碰撞力和碰撞变形逐渐减小，碰撞持续时间缩短；曲柄滑块机构的间隙越小，滑块承受的碰撞力越小，运动副内碰撞发生的频率越高。研究结果表明本文所建立模型能够完善碰撞力模型，为机构设计提供参考，有利于工程实际应用。

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肘杆式压力机机构动力学建模与分析向量键合图法

王中双，韦静

振动与冲击. 2019, 38(11): 140-145.

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为提高肘杆式压力机机构动力学建模与分析的效率及可靠性，提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系，推导出便于计算机自动建立的系统驱动力矩及运动副约束反力方程的统一公式。根据运动约束关系，将平面运动构件、旋转铰及移动副的向量键合图模型组合起来，建立了三角形肘杆压力机机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法，消除了机构向量键合图模型中的微分因果关系，克服了其给机构自动建模所带来的代数困难。在此基础上，实现了三角形肘杆压力机机构动力学自动建模与计算，揭示了脉冲形式的工作阻力对机构动力学性能的影响，说明了所述方法的有效性。

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陶瓷-活性粉末混凝土复合靶抗侵彻试验研究

邹慧辉，宋春明，王德荣，文德生

振动与冲击. 2019, 38(11): 146-151.

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为研究陶瓷材料应用到工程防护领域的抗侵彻性能，设计了3块陶瓷-活性粉末混凝土复合靶，利用直径125mm的特制弹体对陶瓷-活性混凝土复合靶体进行DOP（Depth of Penetration）侵彻试验，得到了弹体的飞行姿态、着靶速度、破坏形态和靶体的侵彻深度、弹坑范围、破坏形态等试验参数，定性分析了陶瓷靶厚度和纤维层约束作用对复合靶体抗侵彻性能的影响。结果表明：陶瓷靶具有优良的抗侵彻性能，在低速（360~400m/s）情况下对弹体能产生一定侵蚀作用；随着陶瓷靶厚度的增加，陶瓷靶的破坏形态由冲切贯穿型转变为变形凸起型破坏，耗能能力增加，复合靶体的整体抗侵彻能力增强。采用修正的别列赞公式对陶瓷靶的侵彻系数进行了初步分析，并计算了三种厚度陶瓷靶的质量防护系数和差分防护系数。结果表明，试验所用陶瓷靶的抗侵彻能力约为普通C40混凝土的4.9倍，从而为陶瓷材料在重要防护工程的推广使用提供参考。

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混凝土/花岗岩界面动态断裂性能的轴拉试验研究

钟红1,2，马振洲2,3，胡少伟4,5，范向前4,5

振动与冲击. 2019, 38(11): 152-158.

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为研究混凝土和花岗岩界面断裂的加载应变率效应，利用MTS试验机对带有双边预制裂缝的花岗岩试件、混凝土试件和花岗岩/混凝土复合试件等三种试件进行了轴向拉伸试验。通过裂缝张开口位移进行控制，获得了不同应变率（10-6/s-10-3/s）下的荷载-裂缝张开口位移曲线，据此计算了荷载上升段的吸能能力，并基于结构动力分析和断裂力学、界面力学理论获得了试件的断裂韧度。结果表明，三类试件的断裂面形态随着应变率的变化呈现不同的特征，三者的峰值荷载、吸能能力和断裂韧度均随应变率的提高而增加。文中对三类试件断裂特性在中低应变率范围内的率效应机理进行了分析，对比了准脆性材料界面断裂与母材断裂率效应的异同。

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一种基于极值-留数的高背景噪声测试信号降噪方法研究

李颖1，卢洪超2，周琳2，陈文文3，齐聪山2，刘福顺2

振动与冲击. 2019, 38(11): 159-165.

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测试噪声是实际工程结构振动测试时难以避免的信号成分。当结构真实模态淹没于测试噪声之中时，传统的降噪方法往往将该部分真实模态与噪声一并消除，导致结构固有信息损失。本文提出一种能够适用于高背景噪声实测信号的降噪新方法，该方法建立在实测信号由一系列复指数信号成分的线性叠加基础之上，基于低阶状态空间模型将各复指数信号成分表征为一系列的极值及留数，并通过建立各复指数成分极值与频率的转换关系,并施加频率窗口从而分离预定频率区间的极值与留数向量，最终获得降噪后的重构信号。与传统的高阶模型相比，因采用低阶状态空间模型可以大大降低矩阵的条件数，数值稳定性更好。同时，将实测信号表示为一系列复指数信号成分，可以克服传统傅里叶分解技术的固定分辨率问题，通用性更广。文中首先选用一质量-弹簧-阻尼模型，通过构造不同信噪比的测试信号，开展了新方法降噪效果的研究。结果证实，信号的信噪比分别为40dB、30dB、20dB和10dB的噪声时，该方法都能有效消除信号的噪声。为进一步验证方法的有效性，文中选用一实际海洋平台实测加速度响应信号进行研究，结果表明实测信号消噪后的频率成分与已有测试结果基本一致，验证了方法的有效性。

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单人三向连续步行荷载相关性及建模研究

赵丁苏1，陈隽1,2

振动与冲击. 2019, 38(11): 166-172.

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大跨度轻柔结构在步行荷载作用下容易出现振动舒适度问题，研究步行荷载的特性并建立合理的荷载模型是准确预测人致结构振动的前提。本文首先收集了刚性表面上单人三向连续步行荷载的实测时程数据，相关分析表明步行荷载三向分量之间的相关性较弱。据此，在周期性假定的基础上分别建立了步行荷载三个方向上的傅里叶级数模型，由实测数据统计分析获得了模型参数与步行频率、步行速度间的函数关系。与各单向上的已有荷载模型的对比表明，不同模型间表现出一定的差异，本文建议模型可供工程结构人致振动分析参考使用。

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一种改进自适应陷波器在齿轮箱振动信号频率估计中的应用

张锋罗顺安张勇林继铭

振动与冲击. 2019, 38(11): 173-179.

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针对多级齿轮系统振动主动控制所需参考信号的获取问题，设计一种基于变步长无偏平滑梯度算法的二阶IIR自适应陷波器，以实时振动信号为输入信号，通过调整陷波频率实现对齿轮啮合频率的在线估计，并采用自适应改变陷波器迭代步长的方法提高估计速度和精度，仿真验证了该陷波器相比传统自适应陷波器具有更快的估计速度和更小的稳态误差，与FFT和比值校正FFT两种方法比较，所提陷波器对频率变化具有更好的追踪性能。将两个陷波器串联构成级联陷波器组，通过二级齿轮箱的振动加速度信号对两个啮合基频分别进行在线的实时估计，实验结果显示级联陷波器组能快速且准确地估计对应啮合频率，且能实时追踪由于驱动和负载变动导致的啮合频率变化，证明所提方法在实际应用中的有效性。

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有侧移框架临界承载力的实用计算方法

兰树伟1，周东华1，双超1，韩春秀2

振动与冲击. 2019, 38(11): 180-186.

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本文基于结构平衡稳定状态的物理意义，提出了结构外刚度和内刚度的概念，得到了结构临界稳定状态表达式，利用框架重复单元推导了框架结构整体抗侧刚度的计算公式，获得了可直接计算框架临界承载力的简单实用的计算公式。该公式避免了传统计算长度系数法逐个构件验算的不便，而且可很好地考虑同层柱之间的相互支援以及层与层的支援作用，避免了计算长度系数法可能因此造成的不合理设计,弥补了规范计算长度系数法的不足。算例计算结果表明：该方法具有很好的精度及准确性，而且对复杂的框架结构也具有很好的适用性，可供工程设计及理论计算使用。

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基于总变差去噪和快速谱相关的滚动轴承故障诊断

唐贵基，田甜，庞彬

振动与冲击. 2019, 38(11): 187-193.

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特征提取在滚动轴承故障诊断中起着至关重要的作用，然而实测的振动信号本质上是复杂的、非平稳的，同时故障轴承的脉冲特征常常淹没于噪声中。为了有效提取强噪声背景下的滚动轴承故障信息，提出一种基于总变差去噪(Total variation denoising，TVD)和快速谱相关（Fast spectral correlation，Fast-SC）相结合即TVD-Fast SC故障特征提取方法。首先，利用总变差去噪方法对振动信号进行消噪，提高信号的信噪比；然后，对去噪后的信号进行快速谱相关分析，准确地识别出轴承的故障特征频率。仿真和实验结果表明，该方法可以有效地提取出滚动轴承的微弱故障特征信息，分析效果优于直接快速谱相关方法和小波阈值去噪与快速谱相关结合的方法，为滚动轴承微弱故障特征提取提供一种有效的方法。

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组合边界对圆柱壳结构输入功率流的影响特性研究

陈炉云，郭永晋

振动与冲击. 2019, 38(11): 194-202.

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文章对流场中具有组合声边界的圆柱壳结构的声振问题进行了研究。针对同时存在着自由液面和刚性壁面的受控空间内的圆柱壳结构声振问题，结合镜像法原理，应用双反射方法推导了具有受控声边界条件的圆柱壳结构运动控制方程。最后，以直角空间域内的圆柱壳结构的受迫振动为例，开展了圆柱壳结构的输入功率流特性计算。对比了圆柱壳结构声边界特性、频率及位置对圆柱壳结构输入功率流的影响。

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冲击地压新型加肋板圆管式吸能防冲构件的仿真与试验

王春华1,2，安达1，韩冲2，唐治2

振动与冲击. 2019, 38(11): 203-210.

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针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差，易遭受冲击性失效问题，提出一种防冲支架用加肋板圆管式吸能防冲构件，通过仿真和试验方法分析不同肋板厚度和布置形式下加肋板圆管式构件以及无肋板圆管构件的吸能防冲特性，结果表明：肋板的布置抑制了圆管构件压溃屈曲的圆环模式变形和欧拉失稳，使变形趋于稳定；随着肋板厚度增加，构件压溃变形阈值、吸能量、反力平均水平增加，反力波动增大，可用变形让位距离减小；一字形肋板布置构件变形普遍不规范，十字形构件出现开裂和偏斜变形现象，Y字形、肋板厚度较小构件变形普遍较规范，从一字形、Y字形到十字形构件，其变形阈值、吸能量、反力平均水平基本有所增加，可用变形让位距离减小；Y字形、肋板厚8 mm的构件为ZHD6000型防冲支架较理想的吸能防冲构件。

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薄壁圆环与刚性壁的碰撞和回弹

李鸿1，鲍荣浩1，2，余同希3

振动与冲击. 2019, 38(11): 211-218.

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利用有限元方法研究了铝合金薄壁圆环与刚性壁的碰撞和回弹行为。根据文献中的实验结果，建立了薄壁圆环与Hopkinson杆进行正向碰撞的有限元模型，对于Hopkinson杆上特定位置的应变历程，圆环的变形过程与残余应变，以及圆环的回弹速度和恢复系数等，有限元计算得到的结果与实验测量和记录到的值都十分接近，充分验证了用有限元方法研究该问题的准确性和适用性。在此基础上，系统分析了初始速度对回弹速度和恢复系数的影响，比较了显式算法和隐式算法在计算碰撞载荷峰值时的差别，并讨论了用一维弹性波理论来测量碰撞载荷的有效性。此外，文中还讨论了内部加筋对圆环回弹特性的影响。本文的研究结果有助于加深对恢复系数的认识。

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融合无量纲指标与信息熵的不同转速下旋转机械故障诊断

陈仁祥1,2，吴昊年1，韩彦峰2，赵玲1，吴志元1，陈里里1

振动与冲击. 2019, 38(11): 219-227.

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针对不同转速下旋转机械故障的特征同尺度表征与诊断问题，提出了融合无量纲指标与信息熵的旋转机械故障诊断方法。无量纲指标、信息熵等值与振动能量无关，取决于信号的分散程度与组分比率，对转速敏感性低，故利用无量纲指标与信息熵构建故障特征集，实现不同转速工况下故障特征同尺度定量表征。设计出基于核函数概率估计的故障敏感性指标算法，从所建立的故障特征集中选择对故障敏感性好的特征量构成表征能力更强的故障敏感特征集，并采用线性局部切空间排列(LLTSA)对其进行非线性降维与融合，获得分类特性好、受转速影响小的低维故障敏感特征集。最后，应用鲁棒性好的加权最近邻分类器（WKNNC)实现不同故障类型的诊断。对不同转速下齿轮箱故障进行诊断，结果证明了所提方法的可行性和有效性。

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钢弹簧损伤对地铁列车-浮置板轨道振动性能的影响

魏新江1，史文超2，蒋吉清1，张佳斌1，丁智1

振动与冲击. 2019, 38(11): 228-234.

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为研究钢弹簧损伤对地铁浮置板轨道及列车振动的影响，基于结构动力学理论建立了钢弹簧损伤情况下地铁列车-浮置板轨道-衬砌-地基的二维整体分析模型。采用模态分析法和Newmark-法求解车轨系统的动力响应，研究钢弹簧损伤数量、损伤程度、损伤位置及列车速度对车轨振动性能的影响。研究结果表明：钢弹簧损伤会加剧车轨系统的振动响应，且振动幅值随着钢弹簧损伤数量和损伤程度的增加而显著增大；钢弹簧损伤的分布位置对车轨振动影响显著，在相同钢弹簧损伤数量下，损伤位于同一块浮置板板端对车轨振动幅值的影响最大；在钢弹簧损伤情况下，车轨系统的各项竖向加速度随列车速度的增加而显著增大，竖向轮轨接触力及轨道竖向位移幅值则基本不受影响。钢弹簧损伤对乘客舒适度、钢轨使用寿命、周边环境振动都有不利影响，可利用车体竖向加速度、衬砌竖向加速度等敏感指标进行排查和更换，以免造成更严重的后果。

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基于量子高斯混合模型的振动信号降噪方法

杨望灿1，张培林2，陈彦龙3，吴定海2，李海平4

振动与冲击. 2019, 38(11): 235-241.

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由于机械设备振动信号受到背景噪声的干扰，造成机械设备故障状态特征不明显，因此提出了一种基于量子高斯混合模型的振动信号降噪方法。首先，对振动信号进行双树复小波包变换，对双树复小波包系数建立高斯混合模型，根据贝叶斯最大后验估计准则，得到双树复小波包系数收缩函数；然后，利用双树复小波包系数父代和子代的空间相关性，结合量子叠加态理论计算噪声信号和有用信号小波系数出现的概率值；最后，根据量子叠加态得到的概率参数值调节高斯混合模型中的小波包系数收缩函数，使小波包系数自适应非线性收缩，提高高斯混合模型的局部自适应性，实现机械振动信号的降噪处理。仿真信号和实测行星齿轮箱振动信号实验结果表明，该方法能够有效地去除振动信号中的噪声，凸显机械设备的故障状态特征。

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模式转换型纵-扭复合超声振动加工系统的设计

殷森，赵波，李瑜

振动与冲击. 2019, 38(11): 242-248.

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将纵-扭复合超声振动在应用于切削和焊接中，能够得到较好的加工质量，并可显著提高加工效率，延长刀具寿命。基于平面简谐波传播理论，推导了螺旋沟槽处反射横波的存在性，并进一步分析了螺旋沟槽结构的振型转换原理。利用数值解析法设计了复合变幅杆，并在其锥面开设螺旋沟槽，从而成功输出纵-扭复合振动。结合有限元分析探究了螺旋沟槽角度θ、沟槽槽宽d及槽深h对扭纵振动转换比e的影响规律，从而优化螺旋沟槽参数，并拟合出变幅杆端面某质点的振动轨迹，利用加工出的实体变幅杆对有限元分析结果进行了验证。

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多变量非高斯风压的高性能智能预测

李春祥,涂伟平

振动与冲击. 2019, 38(11): 249-257.

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为了提高最小二乘支持向量机（LSSVM）对多变量非高斯风压预测的精度和泛化能力，本文采用混合蚁群（ACO）和粒子群（PSO）智能算法优化LSSVM的正则化参数和核参数，从而形成了混合智能优化LSSVM（称为ACO+PSO-LSSVM）多变量非高斯风压预测算法。使用现场实测多变量非高斯风压数据，对ACO+PSO-LSSVM多变量非高斯风压预测算法的性能进行验证，并与基于蚁群（ACO）和粒子群（PSO）智能优化LSSVM（分别称为ACO-LSSVM和PSO-LSSVM）的预测结果进行比较。比较结果表明，对于多变量非高斯风压预测，混合智能优化LSSVM（ACO+PSO-LSSVM）是高性能预测性算法，具有工程应用前景。

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城市轨道交通连续梁和简支梁的结构噪声特性比较

韩江龙1，2 吴定俊2 李奇2

振动与冲击. 2019, 38(11): 258-263.

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用模态叠加法计算列车经过时的桥梁动力响应，借助Sysnoise用边界元法求出桥梁结构的模态声传递向量MATVs，进而由MATVs和桥梁的模态坐标响应计算桥梁的结构噪声。计算比较了三跨简支和连续槽型梁的结构噪声特性。计算表明：（1）远场点噪声大小需要考虑邻跨的影响；（2）与总长和跨径相同的简支梁相比，相同截面的连续梁结构噪声无明显改善；（3）连续梁不能有效降噪的原因在于增加约束改变的是结构整体刚度而不是梁截面板的弯曲刚度。

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基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测

温宇立 1,3，武静 2，林荣 2，马宏伟 2,3

振动与冲击. 2019, 38(11): 264-270.

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为了提高长距离管道超声导波检测中弱导波信号的识别精度，提出了基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测方法。基于非共振周期信号的参数激励实现Lorenz系统的混沌控制，将待测的导波信号作为参数激励的扰动项输入Lorenz检测系统中，通过对比有无导波信号输入后Lorenz系统最大Lyapunov指数的不同响应，确定适合导波信号检测的参数激励幅值。然后利用ANSYS软件和搭建的超声导波实验平台分别进行数值模拟和实验，获得超声导波在含有不同损伤个数、大小的6m长管道中传播的数值模拟信号和实验信号，利用Lorenz检测系统识别数值模拟与实验信号。基于二分法对导波信号进行分段识别，通过定位出回波信号的时间段实现损伤定位。检测结果表明，Lorenz系统能够有效地免疫噪声并识别管道的缺陷，并且提高了管道超声导波检测的灵敏度。

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快速加载下轴压比对RC梁柱节点抗震性能的影响

杨天戈1，范国玺1,王也1，王德斌2,商怀帅3

振动与冲击. 2019, 38(11): 271-278.

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目前，梁柱节点抗震性能的研究多数为拟静力试验研究，有关梁柱节点动力试验研究相对较少。基于此，对四个梁柱节点组合体试件进行快速加载试验，以研究快速加载时轴压比对梁柱节点抗震性能的影响。此外，基于软化拉-压杆模型、库伦破坏准则、莫尔圆理论、节点组合体受力模型，推导了剪压复合受力状态下混凝土抗剪强度计算模型。研究表明：软化拉-压杆模型可用于预测节点组合体的抗剪承载力及破坏形态，混凝土抗剪强度计算模型，可用于预测考虑材料应变率效应后，轴压比对节点组合体抗剪承载力的影响规律；不同轴压比水平下，节点组合体裂缝类型和破坏形态相同，但随着轴压比的逐渐增大，节点核心区内裂缝数量不断减少，节点核心区的剪切变形及斜裂缝与竖向轴力的夹角不断减小，节点组合体严重损伤部分发生转移；相同位移水平下，正向加载的环线刚度始终大于反向加载的环线刚度；节点组合体抗剪承载力随轴压比的增大而增大，但效果不明显；轴压比增大对节点组合体耗能起有利作用。

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2019年, 第38卷, 第11期　
刊出日期：2019-05-28

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